Ook voor de smartphone: Physici uit Kaiserslautern ontwikkelen elektrische irisblende voor minicamera's

De natuurkundigen onder leiding van professor Oesterschulze bouwen de micro-iris op een speciale werkbank onder een luchtdichte omgeving. Op de foto is promovendus Alexander Hein te zien. (Foto: Thomas Koziel)

Professor Oesterschulze (links) en zijn promovendus Alexander Hein. (Foto: Thomas Koziel)

Fotografen gebruiken irisblenden om de hoeveelheid invallend licht te regelen en de scherptediepte in te stellen. Vanwege hun grootte en energieverbruik zijn de conventionele blenden echter beperkt: ze kunnen niet in minikamera's zoals bij smartphones of tablets worden toegepast. Het is anders bij de microscopisch vervaardigde blenden, waaraan fysici van de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK) en chemici van de Universiteit Osnabrück momenteel werken. Ze ontwikkelen een elektrisch bedienbare irisblende die ook geschikt is voor minikamera's. Het project wordt gefinancierd door de Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Wanneer zonlicht het oog raakt, wordt de pupil kleiner. Daar zorgt de iris voor. Zij fungeert als een diafragma en regelt hoeveel licht het oog binnenkomt. Op hetzelfde principe berusten ook de blenden in de objectieven van camera's. Zij regelen de hoeveelheid licht die door het objectief gaat. Maar ook de scherptediepte van een afbeelding kan ermee worden geregeld.

Een conventionele blende bestaat uit meerdere beweeglijke lamellen die naar binnen en buiten kunnen worden gekanteld. Samen vormen ze een diafragmaopening waarvan de grootte kan worden ingesteld. "Dit mechanisme heeft veel ruimte nodig, daarom wordt het niet in kleinere camerasystemen gebruikt", zegt professor dr. Egbert Oesterschulze, die aan de TUK de leerstoel voor fysica en technologie van nanostructuren bekleedt.

Het team onder leiding van professor Oesterschulze werkt aan een techniek waarmee blenden ook in mikrooptische systemen kunnen worden toegepast. "We maken gebruik van zogenaamde elektrochrome materialen", zegt de fysicus. "Ze veranderen hun optische absorptie-eigenschappen wanneer er een elektrische spanning wordt aangelegd. Zo kunnen we specifieke ringvormige gebieden, die overeenkomen met de gewenste standen van een conventionele iris, gericht verduisteren en zo de hoeveelheid licht en ook de scherptediepte met één druk op de knop regelen."

De methode van de wetenschappers uit Kaiserslautern werkt als volgt: "De gebruikte elektrochrome moleculen worden chemisch gebonden aan het oppervlak van een hoogporieuze nanodeeltjeslaag", legt de professor uit. Wanneer er vanaf de buitenkant een spanning op deze geleidende laag wordt aangelegd, kunnen deze moleculen het invallende licht absorberen of doorlaten, afhankelijk van de toegepaste spanning. "De dikte van deze irislaag is ongeveer 50 micrometer, dunner dan de diameter van een mensenhaar. Het heeft slechts heel weinig ruimte nodig tussen twee dunne glazen platen", zegt Oesterschulze. "Deze geringe ruimtebehoefte, gecombineerd met het lage elektrische energieverbruik, maakt het mogelijk om de elektrochrome iris in microobjectieven te gebruiken." Dit zou bijvoorbeeld interessant zijn voor smartphones, maar ook voor andere mikrooptische camerasystemen.

Het werk wordt door de Deutsche Forschungsgemeinschaft gefinancierd met een totaalbedrag van 430.000 euro. Onder andere professor dr. Lorenz Walder van het Instituut voor Chemie van Nieuwe Materialen aan de Universiteit Osnabrück is hierbij betrokken.